Optik Samverkan mellan atomer/molekyler och ljus elektroner atomkärna Föreläsning 7/3 200 Elektronmolnet svänger i takt med ljuset och skickar ut nytt ljus Ljustransmission i material Absorption elektroner Värme atomkärna När frekvensen på ljuset stämmer med atomernas/molekylernas egenfrekvens absorberas energin och blir till värme Transmission och absorption i glas Genomskinlighet kräver homogena material Glas släpper igenom synligt ljus, men absorberar UV och IR

De flesta material är inte genomskinliga. Reflektion, spridning och absorption Absorption och spridning av olika våglängder Den röda bollen absorberar blått och grönt men reflekterar rött. Hur kan vi se färger Belysning med rött ljus Belysning med grönt ljus Färgblandning Känselceller i ögat: tappar och stavar Tappar känsliga i olika våglängdsområden Omvandlar ljusimpuls till elektrisk signal Fig. 27.09 Bildpunkter Pixlar Färgsubtraktion Y=-B C=-R Cyan, Magenta, och Gult (Y) är komplementfärger M=-G 2

Färgtryck M+Y=R C+M=B C M Y K C+Y=G Färgtryck Såpbubblors färg Destruktiv interferens + = C, M, Y Såphinna Utsläckning av R, G el. B Ljusspridning Rayleigh Beror av våglängden Spridning Ljusspridning Rayleigh 4 λ Beror av våglängden Spridning λ4 Det blåa ljuset sprids av luftens molekyler 3

Miespridning av större partiklar Reflektion och Heros princip Sprider vitt ljus (ej våglängdsberoende) A B Vattendroppar i moln B Reflektion och Heros princip A B Infallsvinkel & reflektionsvinkel är lika stora Fermats princip snabbaste vägen Livräddare Infallsvinkel & brytningsvinkel INTE lika stora B Person i sjönöd Snells lag Brytningsindex θ Optiskt tunnare material c ljusets hastighet i vakuum n = = v ljusets hastighet i mediet Optiskt tätare material Luft.000293 θ 2 n 2 > n Vatten.3333 n θ = sin n2 sin θ 2 Diamant 2.49 4

Snells lag Ljusbrytning θ θ r = θ För att energin ska bevaras reflekteras en del av ljuset θ 2 n = sinθ n2 sin θ 2 n 2 > n Bilbackspegel Totalreflektion Normalt läge, dagsljus Avbländat läge, mörker θ c Kritisk vinkel Reflektionen i speglande metallyta. Reflekterad intensitet inkommande intensitet Reflektionen i gränsytan luft/glas Reflekterad intensitet < inkommande intensitet > θ c Praktisk tillämpning av totalreflektion Totalreflektion i prismor Fiberoptik Kärna av glas eller plast, n.62 Beläggning, n.52 5

Dispersion Dispersion i regndroppar Ljusbrytningen är våglängdsberoende Ljusbrytning i linser: Konvex lins Ljusbrytning i linser: Konkav lins Fokus Brännvidd Konvergerande ljusbrytning Brännvidd Divergerande ljusbrytning Förstoringsglaset Teleskopet 6

Mikroskopet Linsfel Ögat Brytningsfel Korrekt brytning: Närsynthet: Översynthet: Synkorrektion Korrekt brytning: Bedöma gråskalor. Närsynthet divergerande lins: Översynthet konvergerande lins: 7

Polarisation Polarisation E-fältets riktning Icke polariserat ljus Polariserat ljus Polariserat ljus Polarisation vid reflektion Fluorescens Absorption E 2 Emission E E =hf E 0 8

Fluorescensspektrum LASER Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Ljusförstärkning genom stimulerad strålningsemmision Grundtillstånd: Inverterat tillstånd: E E E 0 E 0 Genom att pumpa molekylerna till ett exciterat tillstånd kan en inverterad population erhållas. Spontan emission Stimulerad emission E E E 0 E 0 Laserkavitet ger resonans Lasermedium Laserljus 00 % reflekterande spegel Pump 99 % reflekterande spegel Förstärkning av ljus vid en viss våglängd Historisk utveckling 96 Lasereffekten förutspåddes av Albert Einstein 960 Den första lasern: Theodore Maimann, Rubinlasern later 960 Första gaslasern (HeNe) 970 laserdioder vid rumstemperatur Theodore Maimann, Nobel priset i fysik 983/84 9

Tvåfotonlaserskanningmikroskopi Huden i 3D x y z Image by C. Simonsson Sammanfattning - Optik Transmission av ljus i material Färger och färgblandning Ljusspridning Absorption Fermats princip Reflektion Ljusbrytning Totalreflektion Dispersion Linser och optiska system Ögat Polarisation Fluorescens Laserljus Nästa gång: 24/3, Studiebesök RUAG space RUAG space Adress: Solhusg. 0